施耐德ATV71系列變頻器在2×1600kN雙向門機上的應(yīng)用

　　TheapplicationofSchneiderATV71seriesinverteronthe2×1600kNbidirectionalgantrycrane

　　水利部杭州機械設(shè)計研究所胡勝方厲紅婭龔平

　　摘要：本文主要介紹了雙吊點門式起重機起升機構(gòu)的機械結(jié)構(gòu)和電氣系統(tǒng)的特點，從硬件上闡述了施耐德ATV71系列變頻器在雙吊點門式起重機上實現(xiàn)負(fù)載平衡的方法，并列出了大致的調(diào)試步驟與主要調(diào)試參數(shù)，并針對負(fù)載平衡控制技術(shù)調(diào)試過程中出現(xiàn)的主要現(xiàn)象給出了具體的解決辦法。

　　關(guān)鍵詞：雙吊點；門式起重機；ATV71變頻器；負(fù)載平衡；解決辦法

　　1、引言

　　 圖1  ATV71系列變頻器

水電站用門式起重機主要用來起吊閘門,也可做其它的零星起吊工作。在進(jìn)水口壩段用它起吊工作閘門、檢修閘門和攔污柵;在溢流壩段用它起吊溢洪道的工作閘門和檢修閘門;在壩后尾水管處用它起吊尾水閘門。當(dāng)門機在起吊比較寬的閘門的時候，單吊點就不能滿足閘門啟閉要求，這時我們就要用到雙吊點結(jié)構(gòu)型式的門機來起吊閘門。

　　我單位為烏干達(dá)伊辛巴水電站自主研發(fā)設(shè)計制造的2×1600kN雙向壩頂門機主要用于溢洪道表孔檢修閘門、溢洪道底孔事故檢修閘門和進(jìn)水口檢修閘門的啟閉以及進(jìn)口攔污柵、表孔弧門、進(jìn)水口快速閘門的安裝及維護(hù)時的吊裝。

　　施耐德公司推出的ATV71系列變頻器采用了高性能磁通矢量控制，可實現(xiàn)高啟動轉(zhuǎn)矩和超低速運行，施耐德ATV71系列變頻器外形如圖1所示。本文主要介圖1ATV71系列變頻器

　　紹施耐德ATV71系列變頻器在雙吊點門式起重機上的負(fù)載平衡控制方案。

　　2、雙吊點門式起重機的特點

　　2.1機械結(jié)構(gòu)特點

　　本門機起升機構(gòu)為雙吊點，由兩套雙聯(lián)平行折線卷筒分別帶動一套起重吊具（動滑輪組）。每套卷筒經(jīng)由一套開式齒輪副以及一臺硬齒面臥式減速器，各由一臺變頻電動機（QABP225S8A）驅(qū)動。兩套卷揚機構(gòu)之間設(shè)有中間浮動軸，從而實現(xiàn)兩套起升機構(gòu)剛性聯(lián)接，雙吊點同步，減速器、電動機之間采用齒輪聯(lián)軸器及浮動軸連接。

　　2.2電氣系統(tǒng)特點

　　由于此起升機構(gòu)電氣控制系統(tǒng)中采用“一拖一”控制方案，即起升機構(gòu)兩臺相同電機特性曲線的電機分別由兩臺相同變頻器單獨控制，兩臺起升電機通過浮動軸作為剛性連接，即兩臺起升電機速度保持同步。由于異步電機滑差的特性決定了在兩臺以上電機同時驅(qū)動一個剛性負(fù)載時，會發(fā)生負(fù)載分配不均的現(xiàn)象，嚴(yán)重的情況下甚至可能在輕負(fù)載狀態(tài)下發(fā)生一臺電機拖著另一臺電機工作，一臺電機處于電動狀態(tài)，一臺電機處于發(fā)電狀態(tài)的情況。在這種情況下，兩個電機速度同步已經(jīng)由機械保證，如果采用兩個變頻器分別驅(qū)動兩臺電動機，則要求變頻器能提供力矩均衡控制。為了避免這種情況，使門機每個吊點的力矩均勻分配，本門機的起升機構(gòu)采用負(fù)載平衡方式，調(diào)試較為簡單可靠。變頻器采用施耐德ATV71系列高性能矢量型變頻器，其硬件線路如下圖2所示：

　　圖2變頻器主回路原理圖

         3、負(fù)載平衡的實現(xiàn)方法以及調(diào)試步驟

　　基于此臺設(shè)備中兩臺起升電機通過機械部分連接，二者速度相同，且每一個電機都由一個變頻器來控制，利用施耐德ATV71變頻器負(fù)載平衡功能，可用于提高兩臺電機間的轉(zhuǎn)矩分配，為此，基于轉(zhuǎn)矩來改變速度。

　　1#變頻器與2#變頻器均采用閉環(huán)矢量控制（開環(huán)控制也可以），1#變頻器和2#變頻器都使用同樣的速度給定，這個速度給定可以是模擬量，通訊或通過端子的預(yù)置速度，這里采用模擬量給定。這種方式在ATV71系列變頻器采用閉環(huán)方式后可實現(xiàn)高的速度精度和低速下的大轉(zhuǎn)矩輸出。ATV71變頻器負(fù)載平衡實現(xiàn)方法如下：

　　在設(shè)定變頻器的參數(shù)前，先分別進(jìn)行電機自整定，自整定通過之后分別將相應(yīng)參數(shù)下載到對應(yīng)的變頻器中去即可。

　　負(fù)載平衡參數(shù)設(shè)置的方法：1#變頻器和2#變頻器參數(shù)基本設(shè)置為一致，負(fù)載平衡（LBA）都設(shè)置為YES，負(fù)載修正（LBC）則根據(jù)實際情況做相應(yīng)調(diào)整，一旦LBC設(shè)置完畢后變頻器自身則會在這個范圍內(nèi)做微調(diào)。負(fù)載修正（LBC）值一般調(diào)整的方法則是起吊一定比例的重物，觀察1#與2#變頻器輸出轉(zhuǎn)矩、電流等參數(shù)，如果1#與2#變頻器輸出轉(zhuǎn)矩或電流相差越大，相應(yīng)的變頻器則報“負(fù)載不更隨”故障，這時則調(diào)小兩臺變頻器的負(fù)載修正（LBC）值直到兩變頻器輸出轉(zhuǎn)矩與輸出電流一致或相差不大即可。

　　4、主從調(diào)試主要參數(shù)

　　在設(shè)定變頻器的參數(shù)前，先分別進(jìn)行電機自整定，自整定通過之后分別將相應(yīng)參數(shù)下載到對應(yīng)的變頻器中去即可，這里列出變頻器主要的負(fù)載平衡控制參數(shù)，見表1。

　　表1：起升變頻器主要調(diào)試參數(shù)

　　5、調(diào)試故障處理

　　5.1調(diào)試故障現(xiàn)象

　　門機起升機構(gòu)通電后起升機構(gòu)以一個恒定的低速和高速空載連續(xù)運行，負(fù)載修正（LBC）值設(shè)置為默認(rèn)值，觀察兩臺起升電機各自變頻器輸出的電機轉(zhuǎn)矩，此時兩個起升變頻器輸出的轉(zhuǎn)矩最大相差2%、電機電流以及轉(zhuǎn)速基本一致，如果起升機構(gòu)緊急加速時則表現(xiàn)出兩個電機發(fā)出“嗚嗚”的聲音，速度加速到設(shè)置值時，則電機聲音恢復(fù)成正常。起升機構(gòu)慢慢加載25%、50%、75%、100%、125%額定負(fù)載后，觀察兩臺起升電機各自變頻器輸出的電機轉(zhuǎn)矩，發(fā)現(xiàn)兩臺電機轉(zhuǎn)矩差值慢慢的開始加大。負(fù)載加載到額定值的125%時，啟動起升機構(gòu)以一個恒定的速度運行，剛開始兩臺變頻器各自運行正常，隨著連續(xù)運行時間的積累，兩臺電機轉(zhuǎn)矩差值慢慢在加大，差值超過一個范圍后，最后其中一個變頻器報“負(fù)載不跟隨”故障，此刻兩臺變頻器參數(shù)不做調(diào)整，將故障消除后起升機構(gòu)通電啟動瞬間繼續(xù)報“負(fù)載不跟隨”故障。

　　5.2故障現(xiàn)象解決辦法

　　當(dāng)出現(xiàn)以上故障現(xiàn)象后，按照表一設(shè)置兩個起升變頻器的主要參數(shù)。當(dāng)以上變頻器主要參數(shù)設(shè)置完成后，啟動起升機構(gòu)，在變頻器面板上選擇“1.2監(jiān)視”，監(jiān)視“電機轉(zhuǎn)矩”、“電機電流”、“電機速度”，先監(jiān)視“電機轉(zhuǎn)矩”，在電機轉(zhuǎn)矩基本一致的情況下，再監(jiān)視電機速度與電機電流。當(dāng)此三個主要參數(shù)基本一致或者相差不大的時候，那負(fù)載平衡就調(diào)試成功了。當(dāng)出現(xiàn)電機轉(zhuǎn)矩不一致的情侶況下，根據(jù)實際情況調(diào)整LBC負(fù)載修正值即可。調(diào)整完兩個起升變頻器的相應(yīng)參數(shù)后，起升機構(gòu)不管緩慢加速還是緊急加速或減速到設(shè)置值時，電機都正常運行。從該門式起重機的起升滿負(fù)載測試結(jié)果來看，兩個變頻器的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩誤差在±2%以內(nèi)，動態(tài)的跟蹤響應(yīng)也比較理想。

　　6、結(jié)束語

　　經(jīng)過精心的設(shè)計、工廠的測試、調(diào)試以及現(xiàn)場的檢測，施耐德ATV71系列變頻器負(fù)載更隨控制技術(shù)已成功地運用用在烏干達(dá)伊辛巴水電站2×1600kN雙吊點雙向門機上，門機現(xiàn)場安裝調(diào)試完后的總圖如圖3所示。經(jīng)檢測，負(fù)載平衡控制技術(shù)調(diào)試簡單、實用、穩(wěn)定、安全可靠，受到老外業(yè)主的一致好評，這也為今后起重機械這一方面的電氣控制技術(shù)的發(fā)展起到了拋磚引玉的作用。

　　圖3烏干達(dá)2×1600kN門機